中高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計與工程實踐―60頁

1、中高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月武漢賽博園一期工程 摘要 ： 對已建成使用的武漢賽博園一期工程11層鋼結(jié)構(gòu)住宅樓的設(shè)計情況進行介紹。 主要內(nèi)容：規(guī)劃與建筑設(shè)計 、結(jié)構(gòu)體系選用、結(jié)構(gòu)分析、節(jié)點構(gòu)造，工程的經(jīng)濟技術(shù)情況等。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月前言：現(xiàn)代科學技術(shù)的高速發(fā)展，以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節(jié)能、綠色環(huán)保、抗震性能優(yōu)越等方面的要求，使國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)住宅會逐步替代混凝土、砌體結(jié)構(gòu)的住宅，成為住宅產(chǎn)業(yè)的一支新生力量。對于鋼結(jié)構(gòu)住宅，賽博思公司已有較多的工程實例，比如：福建師大學生公寓，建筑

2、面積1.1萬平米，7層，層高3.6m；北京水利基礎(chǔ)總隊3住宅樓，建筑面積20.6萬平米，6層，層高2.9m；北京亦莊青年公寓，建筑面積10萬平米，6層，層高2.9m；等工程。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月工程概況 武漢賽博園一期工程于2019年10月設(shè)計完成，目前已建成并交付使用，情況良好。該工程為板式中高層（地上11層）鋼結(jié)構(gòu)住宅樓，套型按經(jīng)濟適用房現(xiàn)行標準控制；一期工程由獨立的6棟住宅樓組成，總建筑面積6.55萬平米；工程照片：北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月工程概況結(jié)構(gòu)概況： 結(jié)構(gòu)開間為6.6m，跨度5.1m+6.3m，屬平面規(guī)則建

3、筑體系；層高2.9m，室內(nèi)外高差0.6m，房屋高度32.5m；陽臺為凹陽臺，設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)體系內(nèi)。基本風壓w0=0.35kN/m2；抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度0.05g，建造于II類場地上，設(shè)計地震分組為第一組。北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月規(guī)劃與建筑設(shè)計 賽博園一期工程總用地面積2.46ha，一期住宅面積55364.4m2，容積率2.424，建筑密度29.3%，綠地率44.3%，各指標均滿足規(guī)范及當?shù)匾?guī)劃部門的要求。規(guī)劃鳥瞰圖如圖1。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返首頁賽博園一期工程鳥瞰圖返回鳥瞰圖北京賽博思工業(yè)化住宅集成系

4、統(tǒng)工程有限公司 2019年11月戶型設(shè)計： 在鋼結(jié)構(gòu)住宅戶型設(shè)計中，除滿足規(guī)范要求外，建筑設(shè)計更多思考的方面是結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)的協(xié)同，使其有較好的通用性及經(jīng)濟性。鋼結(jié)構(gòu)住宅的戶型設(shè)計流程一般按照圖2進行。武漢賽博園工程的基本套型如圖3。 相關(guān)鏈接：體系化鋼結(jié)構(gòu)住宅開發(fā)模式的初步研究北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回戶型設(shè)計流程北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回標準戶型圖北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月主要工程做法和建筑構(gòu)造主要工程做法北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月主要工程做法和建筑構(gòu)造典

5、型墻身大樣圖 內(nèi)墻節(jié)點圖同層排水 柱、支撐、外墻的綜合解決北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月墻身大樣圖返回北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月分戶墻節(jié)點偏置內(nèi)隔墻節(jié)點內(nèi)墻節(jié)點圖返回北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月同層排水返回北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月柱、支撐、外墻的綜合解決 鋼柱截面寬度為230mm，小于250mm外墻厚度，連同防熱橋措施，做到了外墻柱等厚設(shè)計，室內(nèi)不露柱。返回北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月主要工程做法和建筑構(gòu)造 由于鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕的特點，建筑設(shè)

6、計在注意經(jīng)濟指標的同時，也盡量選用輕質(zhì)材料，本工程上結(jié)構(gòu)總恒載控制在8kN/m以內(nèi)（含二次裝修荷載1kN/m），僅為同類鋼筋混凝土住宅的58%左右。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計：鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計，除滿足安全、適用、受力合理外，還要同時兼顧發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，兼顧施工的可行性、材料供應(yīng)、安裝工效、可控操作、現(xiàn)場檢驗等等要求，同時造價方面也是要重點考慮的因素，因此，鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計并不同于一般的住宅設(shè)計。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系 賽博思公司通過大量鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計實踐，以安全、適用、經(jīng)濟為設(shè)計方針，一般采用

7、的結(jié)構(gòu)體系為：1）鋼框架混凝土抗震墻：利用樓電梯間、衛(wèi)生間做組成抗側(cè)力單元，承擔了大部分的水平力，減小了鋼框架的負擔，同時降低了用鋼量；2）鋼框架支撐：利用支撐做為抗側(cè)力體系，施工速度快；3）純鋼框架結(jié)構(gòu)：適合多層建筑，用鋼量偏高。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返首頁結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系 結(jié)合本工程的具體情況和以往的設(shè)計實踐經(jīng)驗，對可能的結(jié)構(gòu)體系進行了一系列的探討，發(fā)現(xiàn)有如下一些規(guī)律：小柱網(wǎng)：該體系一般開間3.03.9m，跨度46m，因單柱負荷面積較小，梁柱截面亦較小，使得建筑處理十分方便，但同時該體系過分依賴于建筑師的戶型設(shè)計，或者說只有當戶型方案與結(jié)構(gòu)計算密切配合

8、時方可得出一個使用與結(jié)構(gòu)都比較合理的方案。另外，當采用梁柱全栓連接節(jié)點時，較小的開間使梁柱節(jié)點過多，增加了高強螺栓數(shù)量降低了安裝效率， 但在多層住宅中有較優(yōu)的用鋼量。北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系大柱網(wǎng)：該體系一般開間和跨度均在6.07.2m之間，梁柱負荷面積的增大導致梁柱的截面增大，這需要建筑師巧妙的戶型設(shè)計才能取得較好的使用空間。其平米用鋼量在多層時與小柱網(wǎng)基本持平，在小高層時優(yōu)于小柱網(wǎng)。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系鋼框架混凝土核心筒：該體系一般利用樓、電梯間，衛(wèi)生間的墻體構(gòu)成抗側(cè)力的筒體，剛度很大

9、，可以承擔大部分的水平力，鋼結(jié)構(gòu)部分基本由豎向荷載控制，與純框架結(jié)構(gòu)相比可以明顯減少鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量。但工期不是它的優(yōu)勢。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系鋼框架支撐：與框架混凝土核心筒體系類似，只是用鋼支撐代替了混凝土墻，可以取得工期上的優(yōu)勢。但對住宅結(jié)構(gòu)來說，橫向支撐（進深方向）的設(shè)置較為方便，縱向支撐（開間方向）基本沒有可能。如何協(xié)調(diào)縱橫向的剛度是這種體系要考慮的重要問題。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系純鋼框架：小柱網(wǎng)的純框架體系，當采用H型鋼柱時，可以實現(xiàn)多層住宅結(jié)構(gòu)。當小高層時，需用方矩管柱。不論何

10、種情況，其用鋼量比框撐（或混凝土墻）體系提高2030，同時柱子截面的增大使建筑處理帶來麻煩。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系本工程若沿用小柱網(wǎng)混凝土核心筒的設(shè)計經(jīng)驗，當然沒有問題，但開發(fā)商對工期要求嚴格，混凝土核心筒顯然無法保證工期。經(jīng)過多次結(jié)構(gòu)試算及與建筑師反復(fù)溝通，最終確定了采用鋼框架支撐體系。 型材選擇：根據(jù)市場供貨能力及經(jīng)濟性，經(jīng)比較，柱子采用冷彎矩形空心型鋼，梁和支撐用熱軋H型鋼。北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系標準單元的建筑戶型和結(jié)構(gòu)布置（下圖）。從圖中可以看出支撐僅橫向布置，建筑戶型決定了無法布

11、置縱向支撐，為保證縱向剛度，柱子長邊沿縱向布置，這種布置方式同時滿足了建筑師隱藏柱子的要求，除底部三層的中柱外，其他柱子均隱藏于墻體之中。 主要梁柱截面（下頁）。北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月標準層結(jié)構(gòu)布置圖北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回柱截面表主要梁柱截面梁截面表北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系關(guān)于支撐型式： 關(guān)于支撐型式可選擇“人”及“”型式，若采用“人”型式，為保證橫梁穩(wěn)定需在人字交點處設(shè)置隅撐等措施，這樣會嚴重影響使用，所以采用“”型支撐；采用拉桿支撐會造成框架梁受壓，對結(jié)構(gòu)不利，

12、因此選用壓桿支撐。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系關(guān)于設(shè)置水平隅撐的討論： 高鋼規(guī)要求設(shè)置框架梁柱節(jié)點水平隅撐，而水平隅撐是為了防止框架橫梁在大震下側(cè)向屈曲而設(shè)置的，但在抗震設(shè)防為6度時可不考慮大震，因此可不設(shè)置此水平隅撐。根據(jù)抗震規(guī)范要求，有地下室鋼結(jié)構(gòu)住宅，框架-支撐結(jié)構(gòu)中豎向連續(xù)布置的支撐、鋼柱延伸至地下一層。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)分析計算參數(shù) ：全部鋼梁采用焊釘與樓板固定，并不考慮組合作用，栓釘按照構(gòu)造設(shè)置，鋼框架與鋼支撐通過樓板傳遞剪力，在水平力作用下實現(xiàn)空間協(xié)同工作；結(jié)構(gòu)分析可采用剛性樓板

13、假定。 當鋼梁兩側(cè)或一側(cè)有混凝土板時，鋼梁的截面慣性矩分別乘以1.5或1.2的增大系數(shù)。當?shù)叵率覙菍拥膫?cè)移剛度不小于相鄰地上結(jié)構(gòu)樓層側(cè)移剛度的2倍時，地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返首頁結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)有限元分析計算： 采用建研院STS、SATWE軟件。 取3個戶型組成的結(jié)構(gòu)（無地下室）進行有限元分析計算，總的結(jié)構(gòu)外圍面積為7645m2（含屋頂塔樓），主要結(jié)果如下： 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月計算模型消隱圖北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)果北京賽博思工業(yè)

14、化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)果北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計計算結(jié)果北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)構(gòu)設(shè)計節(jié)點設(shè)計本工程梁柱節(jié)點考慮工期及現(xiàn)場情況采用全栓接節(jié)點，即柱子伸出懸臂梁段與梁栓接。該節(jié)點的關(guān)鍵是柱子隔板的做法。對小截面方矩管，外環(huán)板的做法是簡單易行的，但本工程不適

15、用，外環(huán)板暴露在外，建筑無法處理。一般由四塊鋼板組合而成的箱形柱內(nèi)隔板的做法為柱子第四塊鋼板焊和前先焊好三條焊縫，最后用電渣焊解決第四條焊縫。對冷彎方矩管柱，此法依然不行。我們的解決辦法見圖，優(yōu)點是操作簡單，缺點是焊接量偏大。梁柱、支撐節(jié)點采用全栓連接，見圖。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返首頁鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點圖框架節(jié)點連接柱內(nèi)隔板設(shè)置北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點圖支撐節(jié)點圖北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點圖外包柱腳節(jié)點圖北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返回經(jīng)濟

16、技術(shù)分析1、綜合效益： 根據(jù)工程預(yù)算及實際工程結(jié)算情況，對于本工程的鋼結(jié)構(gòu)住宅得出以下數(shù)據(jù)：鋼結(jié)構(gòu)住宅的有效使用面積比同類混凝土框架結(jié)構(gòu)相比高出3.5。由于鋼結(jié)構(gòu)的梁柱截面小，按照80的套內(nèi)面積計算，鋼結(jié)構(gòu)工程為住戶可以多處2.8的有效使用面積，按照武漢市的平均房價3600元/計算，即可以為住戶多創(chuàng)造價值10080元；北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月返首頁經(jīng)濟技術(shù)分析工期優(yōu)勢（1）由于鋼結(jié)構(gòu)工程的梁柱都在工廠制作，然后運輸至現(xiàn)場安裝，因此鋼結(jié)構(gòu)工程的大部分結(jié)構(gòu)作業(yè)可以運用機械化作業(yè)和工廠作業(yè)，這種工業(yè)化的作業(yè)大大提高了工作效率，可以縮短工期60天左右；（2）本工程采用

17、688型0.8mm鍍鋅壓型鋼板組合樓板，該樓板在工廠制作好之后，運輸至施工現(xiàn)場直接鋪裝，減少了現(xiàn)場模板安裝量和制作量，可以縮短工期20天；采用壓型鋼板組合樓板后，減少了樓板鋼筋的用量，因此樓板鋼筋的制作量、安裝量減少，這樣以來可以縮短工10天?？偣部梢钥s短工期90天。（3）如果考慮鋼結(jié)構(gòu)工程對天氣的依賴因素大大低于混凝土結(jié)構(gòu)?？偣て谙啾然炷两Y(jié)構(gòu)縮短約100天。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月經(jīng)濟技術(shù)分析對環(huán)境的影響：鋼結(jié)構(gòu)制作由于在工廠完成，對施工現(xiàn)場周圍的噪聲污染幾乎可以忽略，減少了擾民；鋼結(jié)構(gòu)工程大部分結(jié)構(gòu)采用干作業(yè)，減少了城市自來水的用量和水污染，同時大大減

18、少水泥用量；建材的回收利用方面，鋼結(jié)構(gòu)的鋼材在房屋拆除時，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件經(jīng)過簡單處理后全部可以回收，混凝土拆除量也比混凝土結(jié)構(gòu)要少很多；相對而言，可以稱為綠色建筑。工程造價分析：任何新技術(shù)和新的工藝如果要能得到社會的認可和大規(guī)模的推廣，其經(jīng)濟性是一個很重要的方面。本項目在可研階段和技術(shù)設(shè)計階段同步進行了造價分析，完成施工圖概預(yù)算后，合同造價與分析結(jié)果基本一致，結(jié)算價比合同價略多。 北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月經(jīng)濟技術(shù)分析2、經(jīng)濟技術(shù)分析：（表）3、鋼結(jié)構(gòu)住宅經(jīng)濟性的更多優(yōu)勢是體現(xiàn)在了它潛在的經(jīng)濟與社會效益上，可以相信，這種潛在經(jīng)濟優(yōu)勢與良好的社會效益的表現(xiàn)將為鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展注入活力。北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月技術(shù)經(jīng)濟指標北京賽博思工業(yè)化住宅集成系統(tǒng)工程有限公司 2019年11月結(jié)束語：隨著我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的興起，鋼結(jié)構(gòu)住宅越來越受到政府部門、鋼結(jié)構(gòu)公司及房地產(chǎn)開發(fā)商的重視；賽博思公司通過近幾年的探索實踐，取得了有益的成果及成效；在新體系的研發(fā)方面，已經(jīng)取得初步成果，比如：矩形鋼管混凝土柱與無